到手即用,声学4通道AD采集DSP处理平台方案

发布时间:2017-01-13 阅读量:4992 来源: 我爱方案网 作者: cywen

物联网的大旗迎风飘扬已经有一段时间了,相关的技术也在一直完善推进。要完成物联网功能,信号的采集与处理是必不可少的。本文介绍的是一款基于声学的4通道AD采集DSP处理平台方案,该方案集成度高,完整性和扩展性方面表现优越,可直接作为扩展板,配合底板使用。


本方案方案超市——基于声学的4通道AD采集DSP处理平台


核心芯片型号:FPGA(XC7K160T-2FFG6761)、DSP(TMS320C6748)


1、板卡概述

高速采集和实时信号处理同在一个板卡,采用标准PCIE结构,遵循PCIE协议进行设计。模块主要由数字和模拟供电电路部分、时钟产生和分配、FPGA主控部分、高精度高速AD转换、DSP实时信号处理、对外接口等组成。同时DSP也可以出网络,支持单板工作模式。具体框图如下:
方案超市

图1:高速采集和实时信号处理模块电路框图

模块实时采集外部光电转换后的模拟信号,在FPGA和DSP内完成相应的算法,通过PCIE总线和以太网接口输出位置数据。

模拟信号预处理除了完成输入信号的阻抗匹配,还实现AD前端模拟信号的预处理和电平匹配。AD转换电路采用高精度100MHz、16位或14位分辨率转换芯片,完成四通道同步采集。实时信号处理采用浮点高性能DSP芯片实现。

1)高速多通道采集硬件主要指标
a)采样频率:DC-100MHz
b)通道数:4通道,同步采样
c)输入信号范围:±1V;±2V(换电阻选择,设计可用AD9253-105,可参考ATS9440高速采集卡,可升级焊接AD9653)
d)输入阻抗:50Ω
e)采样位数:16或14
f)有效位数:≥10.5
g)3dB带宽:≥60MHz
h)外触发,外时钟

方案超市

图2:PCIe卡功能框图

方案超市
图3:FMC子卡功能框图

2)数字硬件指标
a)标准PCIE板卡
b)支持PCI Express v1.1 v2.0标准
c)支持8x PCIe,兼容1x、4x,理论带宽最高1.6GB
d)板载1GB DDR3 SDRAM,64位800MHz,包含4片DDR3颗粒,用来完成数据缓存
e)FPGA采用Xilinx XC7K160T-2FFG676I,工业级温度范围
f)FPGA支持SPI加载模式
g)DSP采用TMS320C6748,工业级温度范围
h)DSP外挂1Gb DDR2 SDRAM,256Mb Nor Flash
i)板卡具有1路100M以太网口
j)板卡具有4路16位100 MSPS ADC,支持外触发、支持外时钟
k)板卡具有1个拨码开关用来控制模拟前端的输入幅度
l)板卡具有1路RS485通讯接口
m)板卡具有4个LED指示灯

3)AD指标
a)AD芯片采用ADI的AD9653,4通道同步采集
b)最高125MSPS采样率,理论最高16位分辨率
c)单端输入,最高2Vp-p,直流耦合
d)支持外时钟输入
e)支持外触发输入
f)支持软件触发
g)支持4路外触发输出。

4)操作系统
工控机架构:可在WIN7(32位/64位)操作系统下运行,电路和配套驱动程序具备DMA传输功能。

2、主要芯片介绍

1)FPGA介绍
FPGA 选用XC7K160T-2FFG676I,性能指标如下:
a)逻辑资源:具有162,240 LogicCells
b)存储器资源:具有最大2,188Kb分布式 RAM,总块RAM有11,700Kb
c)DSP资源:600个 DSP slices
d)时钟资源8个CMTS
e)PCIE资源:1个PCIe硬IP,支持PCI Express 2.1,支持Gen1和Gen2的数据速率
f)GTX资源:8个GTXs,最大支持12.5Gbps
g)IO资源:400个IO(其中250个IO支持1.5V-3.3V,150个IO支持1.5V-1.8V)。

2)DSP介绍
DSP选用TMS320C6748,主要性能如下:
a)DSP时钟主频375/456MHz,C647x定点浮点运算
b)内存总线独立,支持16Bit DDR2 SDRAM
c)外部存储器接口(EMIFA),支持8 / 16Bit宽的Nor Flash和Nand Flash,支持16Bit SDRAM
d)3个可配置的16550型UART模块,16字节FIFO深度
e)2个SPI接口,每个支持多路片选
f)2个集成IIC总线接口
g)2个多通道缓冲串口(MCBSP)
h)1个10 / 100Mbps以太网MAC,支持MII / RMII
i)1个HPI主接口,16位混合地址数据总线,适应高带宽的数据传输

3)AD芯片介绍
板卡采用1片ADC,具体型号为:AD9253BCPZ-105。兼容 AD9653芯片设计。
该ADC的主要特性有:
a)1.8V电源供电
b)低功耗:每通道164mW(125MSPS)
c)信噪比(SNR):76.5dBFS(70MHz,2.0Vp-p输入范围)
d)信噪比(SNR):77.5dBFS(70MHz,2.6Vp-p输入范围)
e)SFDR:90dBc(至内奎斯特,2.0Vp-p输入范围)
f)DNL:±0.7LSB;INL:±3.5LSB( 2.0Vp-p输入范围)
g)串行LVDS(ANSI-644,默认)、低功耗
h)650MHz全功率模拟带宽
i)2Vp-p输入电压范围(支持高达2.6Vp-p)
j)串行端口控制

3、软件内容

1)DSP接口测试软件
a)DSP的DDR2测试软件
b)DSP的Nor Flash 擦写软件
c)DSP与FPGA的EMIF通信
d)DSP与FPGA的uPP通信
e)DSP的网口、RS485接口通信
f)DSP的Bootloader与加载程序

2)FPGA接口测试软件
a)FPGA的DDR3接口测试程序
b)FPGA的时钟接口测试程序
c)FPGA与DSP的接口程序
d)FPGA程序配置与加载
e)FPGA的AD采集程序
f)FPGA的PCIE接口程序
g)DMA测试程序,FPGA完成AD采集后,通过DMA把采集到的某段原始数据直接传输给上位机内存。

3)Windows程序
a)Windows程序用VisualC++编写。
b)VisualC++ 程序开发版本为:Visual Stdio 2010。
c)支持win7(32位与64位操作系统)。
d)Windows程序提供驱动程序和DLL。

4.应用场合与方案优势:高速采集、实时信号处理


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